3.1.2 Разработка технического задания на лабораторный образец струйного теплового модуля
В соответствии с требованиями, изложенными в методике, техническое задание на лабораторный образец теплового модуля было разработано со следующими основными параметрами: мощность полезная - 1,29-2,58 кВт, мощность затраченная - 1,95 – 2,65 кВт, напор насоса - 25 – 37,5м , расход воды ( подача насоса) - до 0,0035 – 0,007м3/с, потребный напор воды в эжекторе - 24-35м, температура нагрева воды – до 600С при продолжительности – 2,5 – 5 ч, количество полученной теплоты от нагрева воды - 5520кКал, КПД теплового модуля - 0,66- 0,99. Разработку технического задания на лабораторный образец теплового модуля осуществляли исполнители разработки, которое в полном объёме изложено в промежуточном отчёте [ 1] .
Разработанное техническое задание на лабораторный образец теплового модуля явилось основанием для разработки рабочей документации на его изготовление.
3.1.3 Разработка технического задания на опытный образец струйного теплового модуля
Разработка технического задания на опытный образец струйного теплового модуля СТМ-60 было выполнено на основании разработанной конструктивно-технологической схемы и обоснованных параметров [2 ] в соответствии с ГОСТ Р.15-201-2000 [ 38 ] .
Техническое задание на опытный образец струйного теплового модуля СТМ-60 в полном объёме представлено в Приложении В, в котором отражены основные требования согласно указанной выше методики на её разработку.
Разработанное техническое задание на опытный образец струйного теплового модуля СТМ-60 в соответствии с указанными требованиями было утверждено Проректором по научной работе и интеграции КазНАУ
Техническое задание на опытный образец струйного теплового модуля СТМ-60 было разработано со следующими технологическими и техническими параметрами: производительность –2200 кКал/ч; температура нагрева воды – до 60оС; продолжительность нагрева воды до рабочего режима – до 2,5 ч; подача воды – 18 – 25 м3/ч; напор подаваемой воды – 25 – 37 м; мощность потребляемая – 1,9 – 2,6 кВт; КПД теплогенераторов и теплообразующего устройства – не менее 0,95; КПД струйного теплового модуля – не менее 0,7; - технические параметры теплогенератора: внутрение диаметры: камеры закрутки - 85 -93 мм, входного патрубка коллектора – 41 мм, тангенсального патрубка камеры закрутки –21 - 27 мм, осевого патрубка камеры закрутки –21 - 27 мм, трубопровода, соединяющих осевые патрубки камер закрутки – 41 мм; - технические параметры теплообразующего устройства: внутрение диаметры: активного сопла эжектора – 21-25 мм, подающего патрубка активного сопла эжектора – 67,5 – 93,5 мм, пассивного сопла эжектора - 34 мм, всасывающего патрубка пассивного сопла эжектора - 67,5 – 93,5 мм, Г-образного пассивного сопла эжектора -15мм, смесительной камеры эжектора - 34 мм, выходного отверстия диффузора – 60 мм, вакуумных патрубков и трубопровода – 12-15 мм; длина сместительной камеры – 220 мм; угол конусности пассивного сопла и диффузора эжектора 10-150; - параметры электронасоса: подача – 18 – 25 м3/ч, напор – 25 – 37,5 м, мощность установленная электродвигателя – 3,0 кВт, КПД – 0,7; - параметры бака нагреваемой воды: вместимость полезная – 0,120 м3; внутрение диаметры: трубопровода к насосу - 53 - 58 мм, отводного патрубка к отопительной системе – 21 - 26 мм, вакуумного патрубка - 12 – 15 мм.
Разработку технического задания на опытный образец струйного теплового модуля осуществляли исполнители разработки.
Разработанное техническое задание на на опытный образец струйного теплового модуля СТМ-60 явилось основанием для разработки рабочей документации на его изготовление.
3.2 Разработка технической документации на лабораторный и опытный образцы струйного теплового модуля
3.2.1 Методика разработки технической документации на струйный тепловой модуль
Разработка рабочей документации на лабораторный и опытный образцы струйного теплового модуля выполнялась в соответствии с утверждёнными на них ТЗ в виде рабочих чертежей и технической документации, необходимых для изготовления на заводе-изготовителе, конструкторами сторонней организации по договору. Контроль за проектированием, оказание консультаций и приём рабочих чертежей по акту осуществляли исполнителями проекта.
3.2.2 Разработка технической документации на лабораторный образец струйного теплового модуля
Разработка технической документации (рабочих чертежей) на лабораторный образец струйного теплового модуля осуществлялась по утверждённому на него техническому заданию [1] в ИП «Solumante» (г. Алматы) по заключённому договору №497 от 7 марта 2014г. Руководство за разработкой рабочих чертежей и приём выполненной работы осуществляли исполнители проекта КазНАУ.
Были разработаны рабочие чертежи на лабораторный образец струйного теплового модуля, общий вид которого показан на рисунке 3.1.
Устройство лабораторного образца струйного теплового модуля. Согласно разработанным чертежам, струйный тепловой модуль состоит из следующих основных узлов: центробежного насоса 1 с приводом от электродвигателя, эжектора 2 и емкости3,
заполненной нагреваемой водой.
Нижняя часть емкости через фланцевый потруба 4 соединена со всасывающим патрубком насоса, а верхняя часть через эжектора 2 и соединительную арматуру (вентиль 5 и тройник 7) с нагнетательным патрубком 8 насоса, образуя замкнутую открытой циркулируемую систему движения нагреваемой воды при работающем насосе 1.
1- ценробежный насос ; 2- эжектор; 3 – ёмкость; 4 - фланцевый патрубок; 5,6,19,20,27,31 – вентили; 7 - тройник; 8 - нагнитательный патрубок насоса; 9- корпус эжектора ; 10 – пассивное сопло; 11-смесительная камера; 12 - воздуховсасывающий патрубок; 13 - активное сопло; 14 - пассивное сопло; 15 – подводящий патрубок; 16 - фланцевое крепление; 17 – угольник; 18 –трубопровод; 21 ,22,23 - технические манометры; 24 - утепленный корпус ёмкости; 25 – крышка ёмкости; 26 - впускной патрубок; 28 - сливная пробка; 29 – стойка крепления ёмкости; 30 – планка соединительная; 32 - малый тройник.
Рисунок 3.1 - Общий вид лабораторного образца струйного теплового модуля
Эжектор 2 выполнен из корпуса 9 с пассивным соплом 10, смесительной камерой 11 и воздуховсасывающим патрубком 12, активного сопла 13 в виде конфузора и насадка, установленного соосно внутри корпуса 9, дополнительного пассивного сопла 14 в виде
изогнутой под 900 трубки, установленной соосно внутри активного сопла 13, подводящего патрубка 15 с фланцевым креплением 16, герметично соединенного с активным соплом 13 и корпусом 9. Всасывающий патрубок 12 корпуса 9 эжектора 2 соединен через угольник 17, трубопроводы 18 и вентиль 19 с воздухоотделительной частью емкости 3. Пассивное сопло 14 через вентиль 20 соединяется с атмосферным воздухом помещения или через трубопровод может подсоединятся , в случае необходимости , к системе утилизаций отработанных газо-воздушных смесей. Для контроля и регулирования давления воды в нагнетательной системе нагрева воды и отопления установлены технические манометры 21,22,23.
Емкость 3 для нагрева воды состоит из утепленного корпуса 24, крышки 25 с фланцевым креплением, впускного патрубка 26 с вентилем 27, сливной пробки 28 и стоек 29 для установки и крепления емкости 3 к раме 29 болтовыми соединениями. Рама емкости жестко болтовыми соединениями и планками 30 крепится с рамой насоса 1.
Для подключения горячей воды к отопительным батареям ( на рисунке 1 не показано) в нагнетательном тройнике 7 имеется отвод воды, из которых через вентиль 31 и тройник малый 32 с манометром 23 и трубопроводы подсоединяются к отопительным батареям, отвод воды из которых через вентиль 27 и впускной патрубок 26 поступает в емкость 3.
Технологический процесс нагрева воды теплового модуля. Нагрев воды происходит за счет выделения тепла от трения движущихся с разной скоростью струйных потоков воды и воздуха, теплоотбора от используемого атмосферного воздуха, от сжатия воздуха и эффекта кавитаций.
Емкость 3 заполняется нагреваемой водой, включается центробежный насос 1, при этом должны быть закрыты вентили 27 и 31,предназначенные для отопительной системы, и открыт вентиль 6, предназначенный для подачи воды в эжектор2. Вода из нижней части емкости 3 насосом 1 подается по тройнику 7 через вентиль 6 в подводящий патрубок 15 эжектора 2 и далее проходит через активное сопло 13, струя которой обтекает пассивное сопло 14, создавая в нем разряженным и одновременно струя воды, выходящая из насадка активного сопла 13 создает разряжение в целевом сечений пассивного сопла 10. Создаваемое разряжение в соплах передается во всасывающие патрубки 12 и 14 корпуса 9 и дополнительного пассивного сопла 14 и при открытых вентилях 19 и 20 воздух засасывается и движется вместе с водой внутри и по периферии водяного струйного потока. Проходя смесительную камеру 14 эжектора, водовоздушная смесь изливается во внутрь емкости, где происходит разделение воздуха от воды. При этом вода нагревается, получая энергию от трения струйных потоков воды и воздуха, сжатия воздуха с эффектом кавитаций. Часть отделившегося воздуха повторно используется, образуя в тепловом модуле открытую систему как для воды, так и для используемого воздуха.
При закрытых вентилях 19 и 20 полностью или частично воздух в эжектор не засасывается или в малом количестве, лишь для использования эффекта кавитаций, нагрев воды при технологическом процессе происходит в основном за счет энергий, получаемой от трения струй воды внутреннего и наружного потока, движущихся с разной скоростью из-за образующегося в пассивных соплах вакуума, который как бы притормаживает скорость движения отдельных струй воды по отношению к основному потоку воды.
Нагретая вода подается потребителю через трубопровод, подключенный к малому тройнику 32, открытием вентиля 31 и одновременным прикрытием вентиля 6, регулирующих в зависимости от потребного расхода горячей воды.
При использовании струйного теплового модуля для автономного теплоснабжения объекта, необходимо подключить его к тепловым батареям отталкиваемого объекта, для этого малый тройник 32 через трубопровод соединяют с питающей (нагнетательной) частью теплоприемников (тепловых батарей), а обратную часть трубопроводом соединяют через вентиль 27 со всасывающим патрубком ёмкости 3.
После нагрева воды в емкости 3 до требуемой температуры, открытием вентиля 31 и 27 и прикрытием вентиля 6 запускают отопительную систему, необходимый напор отопительной системы и тепловым модулем регулируют вентилями 6, 27 и 31, контролируя по установленным манометрам 21,22 и 23, за счет изменения расхода воды по контурам теплового модуля и подключенной тепловой сети.
Разработанный струйный тепловой модуль согласно описанию технологического процесса может использоваться как для нагрева воды, так и для автономного теплоснабжения сельскохозяйственных и других объектов. По сравнению с аналогами конструкция теплового модуля имеет техническую и технологическую новизну, один из основных узлов-эжектор принят по предпатенту 17788 KZ [13].